Генератор пилообразного сигнала

[mont-oriol]

Ser100 писал(а):

Купил две гарнитуры Nokia hs-82 и перепаял на одной разъем micro USB-A на USB 2.0-A, а выводы на наушники запараллелил и подключил динамик 4 Вт (4 Ома).

По моим прикидкам, смысла параллелить нет, т.к. в случае hs-82 скорость регистрации движения полос на экране ограничивает камера, а не звуковая карта. Я бы подключил динамик к одному каналу через последовательный резистор ~ 400 Ом.

Спойлер

Достоверно движение полос можно наблюдать, если от кадра к кадру полосы на экране смещаются не более, чем на 1 / 2 периода полос. Это соответствует смещению зеркала на 1 / 4 длины волны. Если камера делает 30 снимков в секунду, то тогда зеркало должно смещатся не более чем
30 / 4 = 7.4 длины волны в секунду.
При длине волны 0.65 мкм и чувствительности динамика 3 мм на ампер, предельная скорость изменения тока
7.4 * 0.65e-6 / 3e-3 = 1.6 мА / с
При треугольном сигнале с периодом 4 секунды, максимально допустимое изменение тока (который половину периода растёт, половину падает) будет 3.2 мА
При размахе напряжения 1.4 В, сопротивление нагрузки должно быть
1.4 / 3.2e-3 = 437 Ом

А если всё же решите оставить каналы в параллель, то желательно в WIN отключить все системные звуки. Там есть стерео сигналы, можно ими подпалить карту.

Ser100 писал(а):

Причем, дело тут не в особенностях ЦАПа Nokia hs-82, т.к. точно так же и при использование внешнего ЦАПа Edifier GS 02 и внутреннего ЦАПа ноутбука при проигрывание только одного буфера выводится звук только из первой половины буфера, а потом такое же время звук отсутствует.

Получается, с Edifier тоже всё в порядке?

Ser100 писал(а):

иногда на стыках данных двух буферов возникают небольшие искажения

Их не будет, если в буфер записать не период колебаний, а много - на 100 секунд, или сколько нужно для опытов. Что примерно то же самое, что воспроизодить готовый WAV файл.

[Ser100]

mont-oriol писал(а):

Достоверно движение полос можно наблюдать, если от кадра к кадру полосы на экране смещаются не более, чем на 1 / 2 периода полос. Это соответствует смещению зеркала на 1 / 4 длины волны. Если камера делает 30 снимков в секунду, то тогда зеркало должно смещатся не более чем
30 / 4 = 7.4 длины волны в секунду.

Так это зависит от того какая теория интерференции окажется правильной - официальная, которую вы используете в расчете, или моя. Теперь уже скоро узнаем, т.к. генератор у меня вроде заработал.

mont-oriol писал(а):

А если всё же решите оставить каналы в параллель, то желательно в WIN отключить все системные звуки. Там есть стерео сигналы, можно ими подпалить карту.

Не понял. Как это связано с тем, что я генерирую моносигнал и с наушниками, где есть два канала (левый и правый), т.е. карта может воспроизводить стерео звук.

mont-oriol писал(а):

Получается, с Edifier тоже всё в порядке?

Нет. Там проблема то была совсем другая. Edifier отказывается пропускать частоты менее 20...30 Гц.

mont-oriol писал(а):

Их не будет, если в буфер записать не период колебаний, а много - на 100 секунд, или сколько нужно для опытов. Что примерно то же самое, что воспроизодить готовый WAV файл.

Это, конечно выход, но некоторые эксперименты будут длится часами, а в таком случае у меня не хватит памяти для таких буферов. А с WAV файлами я пока не хочу связываться, т.к. там тоже возможны задержки при загрузке очередного куска файла, а мне надо, чтобы генератор работал строго синхронно с вэбкамерой.

С наилучшими пожеланиями Сергей Юдин.

[Ser100]

mont-oriol писал(а):

По моим прикидкам, смысла параллелить нет, т.к. в случае hs-82 скорость регистрации движения полос на экране ограничивает камера, а не звуковая карта. Я бы подключил динамик к одному каналу через последовательный резистор ~ 400 Ом.

Выполнил первые тестовые эксперименты с разной частотой сигнала (1, 1/2, 1/4 и 1/8 Гц) и при двух его формах (синусоидальной и треугольной) и эти результаты меня не радуют. Во-первых, в них не видно влияния эффекта Доплера, а, во-вторых, при большой мощности сигнала полосы бегут так быстро, что вэбкамера при частоте 30 кадров в секунду не успевает их зарегистрировать. Поэтому пришлось в моей программе генератора задать максимальную громкость 1%, что примерно соответствует вашему предложению выводить сигнал на динамик через сопротивление 400 Ом. Но даже в этом случае отследить смещение полос по записи вот в этом файле https://disk.yandex.fr/i/qCh47V-fdQV5vw , где эксперименты я проводил с составными полосами для треугольного сигнала (см. левый рисунок), очень трудно при частоте 1 Гц и 1/2 Гц. Поэтому я первую половину этого файла, т.е. с этими частотами, обработал программой kdenlive и записал со скоростью 25% от исходной (см. файл https://disk.yandex.fr/i/t34sdx4uh6GFdA ).



А здесь явно видно, что есть пропуски кадров, т.к. полосы смещаются то на 2-е полосы, то на 4-е. А при наблюдение нормальных полос картинка получается очень не четкой (см. правый рисунок), т.к. для того, чтобы увеличить ширину полос, которая в исходном варианте (падение лучей от зеркал сразу на вэбкамеру) должна была получится менее 10 мкм, мне пришлось пропускать лучи через объектив кинопроектора, который полосы с расчетной шириной на объективе кинопроектора 2,83 мкм увеличивал в 50 раз и на матрицу вэбкамеры они падали с расчетной шириной 141,5 мкм. Замер по правой фотографии показал, что в реальности наблюдаемая ширина полос была 160 мкм, что в первом приближение соответствует расчетному значению, а, если в расчете использовать точные размеры установки, которые я взял в расчете в первом приближение, то, конечно же расчетная величина совпадет с наблюдаемой.

Из этого можно сделать несколько выводов. Первый это то, что для подобных экспериментов нужна более скоростная вэбкамера, но я видел на Алиэкспересс https://aliexpress.ru/item/100500312858 ... 265fya28j7 только бытовую камеру с частотой 120 кадров в секунду, что явно маловато. А профессиональные высокоскоростные видеокамеры стоят очень дорого и мне явно не по карману. А второй вывод это то, что эксперименты на первый взгляд подтверждают официальную теорию интерференции. Вернее сказать, не саму теорию, а одно из принципиальных положений этой теории, которое гласит, что разность фаз двух лучей, идущих от одного источника света, зависит от времени движения этих лучей до экрана, где они интерферируют. А в моей теории я пока этот вопрос так и не решил, хотя типичная логика подсказывает, что от времени движения лучей до экрана их разность фаз не должна зависеть.

А логика здесь такая. Если мы берем два луча, вылетевших из источника с одной и той же фазой, например ноль, то при падение на экран их фазы будут Q1=v0*T1 и Q2=v0*T2, где v0 это частота света, а T1 и T2 это время их движения от источника до экрана. Но дело в том, что, если T1<T2, то 1-ый луч, прилетев к экрану с фазой Q1=v0*T1, не будет там с этой фазой лежать как кирпич и ждать когда в него врежется второй кирпич, чтобы провзаимодействовать с ним, а полетит дальше. И в момент времени T2, когда на экран упадет второй луч, фаза первого луча будет Q0+Q1, где Q0=v0*(T2-T1) это фаза первого луча вылетевшего из источника не одновременно со вторым лучом, а позже на момент времени T2-T1. Ведь только в этом случае лучи упадут на экран одновременно и смогут проинтерферировать.

А в этом случае получается, что фаза первого луча будет v0*(T2-T1) + v0*T1 = v0*T2, т.е. при любой разнице во времени движения двух лучей до экрана у нас они будут одновременно падать на экран с одинаковыми фазами и никакого смещения полос при этом не должно наблюдаться. Кстати, это подтверждается работой лазерных гироскопов и такой эксперимент я проводил и на своей установке, т.к. там время движения лучей всегда остается постоянным, но полосы при вращение гироскопа смещаются, что можно объяснить эффектом Доплера. Но я то в своих экспериментах явно наблюдал смещение полос примерно на 3,6 полосы при разных частотах генератора, а это проще всего объяснить тем, что при одинаковой амплитуде движения зеркал всегда была одна и та же разность времени их движения до экрана, а эффект Доплера при таких частотах был не заметен.

Так что тут есть над чем подумать. А пока я проверю версию о том, что смещение полос в проведенных сейчас экспериментах обусловлено тем, что зеркало было приклеено к динамику не строго перпендикулярно оси катушки, т.к. в этом случае отраженный луч будет при движение зеркала падать в немного разные точки на экране, а это тоже приводит к смещению полос. К сожалению проверить это будет очень сложно, т.к. очень трудно приклеить зеркало строго перпендикулярно. Ведь, даже, если при наклейке зеркала у меня луч от лазерной указки, которую я при наклейке зеркал подвешиваю над динамиком, и будет отражаться точно в тоже место откуда он вылетел, то это только визуально он упал туда же, а на самом деле он может на несколько десятых долей миллиметра падать не точно в центр указки, но проконтролировать это не возможно. А на сколько эта точность влияет на смещение полос надо опять таки проверять в экспериментах, где зеркало будет покачиваться влево и вправо. К тому же, и если я наклею зеркало строго перпендикулярно оси катушки динамика, то и этом случае при движение зеркала луч будет падать на экран все равно не в одну и ту же точку. В общем проблем меньше не становится.

С наилучшими пожеланиями Сергей Юдин.

Вложения

polosy_2023_03_11.jpg

(49.83 KiB) Скачиваний: 209

[mont-oriol]

Ser100 писал(а):

Поэтому пришлось в моей программе генератора задать максимальную громкость 1%, что примерно соответствует вашему предложению выводить сигнал на динамик через сопротивление 400 Ом.

Резистор всё же выгоднее с точки зрения чёткости полос и линейности движения.

Ser100 писал(а):

А пока я проверю версию о том, что смещение полос в проведенных сейчас экспериментах обусловлено тем, что зеркало было приклеено к динамику не строго перпендикулярно оси катушки

Полагаю, что если бы всё было строго перпендикулярно, полосы были бы концентрическими. Но при подвижном зеркале это сделать сложно: Зеркало выдвинулось, сместился центр тяжести относительно точек подвеса (или линии подвеса, где там диффузор становится неподвижным) - зеркало наклонилось...

[ПУХ]

Ser100 писал(а):

.... К сожалению проверить это будет очень сложно, т.к. очень трудно приклеить зеркало строго перпендикулярно. Ведь, даже, если при наклейке зеркала у меня луч от лазерной указки, которую я при наклейке зеркал подвешиваю над динамиком, и будет отражаться точно в тоже место откуда он вылетел, то это только визуально он упал туда же, а на самом деле он может на несколько десятых долей миллиметра падать не точно в центр указки, но проконтролировать это не возможно.

Любой телескопостроитель из моего поколения, кто делал телескоп рефлектор, ибо достать их было невозможно даже теоретически, скажет, что это совсем не так. Достаточно Вам скачать книгу: Л.Л.Сикорук "Телескопы для любителей астрономии", и в главе 2 рис 52 и рис 53 обнаружите конструкцию самодельного прибора для подобных манипуляций. Уверяю, у меня получилась точность главного зеркала, с помощью этого прибора, в последнем, третьем телескопе, в 1\8 длины световой волны. Удачи.

П.С. С помощью этого прибора настраивал газовый лазер, контролировал наклон и параллельность зеркал, после неудачной лабы первокурсиков.

[Ser100]

mont-oriol писал(а):

Резистор всё же выгоднее с точки зрения чёткости полос и линейности движения.

С этим согласен.

mont-oriol писал(а):

Полагаю, что если бы всё было строго перпендикулярно, полосы были бы концентрическими.

Я не знаю как работают лазерные модули, которые я покупаю на Алиэкспересс, но они всегда дают именно полосы.

С наилучшими пожеланиями Сергей Юдин.

Добавлено after 2 minutes 31 second:

ПУХ писал(а):

Достаточно Вам скачать книгу: Л.Л.Сикорук "Телескопы для любителей астрономии", и в главе 2 рис 52 и рис 53 обнаружите конструкцию самодельного прибора для подобных манипуляций.

Извините, но я что то не понял какое отношение к моей проблеме имеют эти манипуляции для контроля качества поверхности зеркала, т.к. сами зеркала у меня, купленные на Алиэкспересс, имеют хорошую поверхность.

С наилучшими пожеланиями Сергей Юдин.

[Ser100]

Вчера выполнил еще 4-е эксперимента с двумя разными динамиками и при разных углах отражения от их зеркал луча света. Первые два с малым динамиком, а вторые два с большим. Сначала повторил один из прошлых экспериментов с малым динамиком и только для синусоидального сигнала с частотой 1/4 Гц. При этом обнаружил, что Vpp=0,02 В у меня было не при 1% громкости, как я написал в предыдущем сообщение, а при 10% громкости. И на первом рисунке (скриншот моей программы Maikelson2) представлена схема этого эксперимента, где лазерный луч от лазерного модуля 5 падает на треугольную призму 3, где делится на два луча. Правая его часть пролетает мимо призмы и летит сразу к экрану 6 (в этих экспериментах лучи сначала падали на объектив кинопроектора и потом изображение, увеличенное в 20,6 раза падало на экран, т.е. на матрицу вэбкамеры, и таким образом 6 это объектив кинопроектора). А левая его часть отражается от треугольной призмы 3 и летит к зеркалу 2 приклеенному к диффузору динамика, а затем отразившись летит к объективу кинопроектора и затем на экран. Для наглядности, чтобы было видно эти лучи, я на их пути к объективу кинопроектора поставил на фото экран. При этом, т.к. левая часть луча дважды отражается она менее яркая, чем правая, летящая напрямую, а для интерференционной картинки надо, чтобы яркости двух лучей были примерно одинаковые, поэтому я на пути правого луча поставил еще светофильтр.





При таком исполнение у нас получается, что, даже если зеркало приклеено строго перпендикулярно оси катушки динамика, то при смещение зеркала на расстояние dY у нас увеличивается путь, пройденный лучом, на расстояние dX=dY/sin(Alfa2), где Alfa2 это угол наклона зеркала. Чтобы избавится от этой зависимость я решил во втором эксперименте расположить зеркало 2 перпендикулярно падающему на него лучу и тогда путь луча будет увеличиваться на расстояние dX=dY. При этом луч будет отразившись возвращаться к треугольной призме и пролетая мимо нее падать на зеркало 1, как это изображено на фотографии установки, где сейчас изображен 2-ой эксперимент со вторым (большим) динамиком, т.е. 4-ый эксперимент.


Таким образом у нас теперь будет погрешность в пути пройденной 2-м лучом только от неперпендикулярности зеркала 2 к оси катушки динамика, что приведет к тому, что луч будет падать на зеркало 1 немного в разные места и, следовательно, и путь до этого зеркала и от него до экрана будет немного отличаться от зависимости dX=dY, но эта погрешность будет очень не большой по сравнению с первым вариантом эксперимента, где она будет dX =dY/sin(Alfa2)= 1,4*dY, т.к. во всех экспериментах угол Alfa2 был от 46,1 до 48,85 градусов. Да, при этом у нас во всех экспериментах все таки будет еще возникать погрешность в зависимостях dX =dY/sin(Alfa2) и dX =dY от того, что при колебаниях зеркала 2, если оно приклеено не перпендикулярно оси катушки динамика, у нас его луч будет падать не в ту же самую точку на экране (объективе кинопроектора), но здесь эта погрешность будет совсем маленькой, т.к. зайчика электрической напряженности света будет проходить это расстояние от текущей точки падения света до первоначальной со скоростью на порядок больше скорости света. Например, как видно на этом скриншоте, в 1-ом эксперименте расчетное значение ширины полос получилось 4,85 мкм, а скорость зайчиков была Ve2= 7,5*Vs, где Vs скорость света. А в трех следующих экспериментах она была еще больше, а конкретно 19,8*Vs, 14,0*Vs и 24,9*Vs.



Теперь посмотрим на сколько у нас в этих 4-х экспериментах (при одинаковой амплитуде и частоте колебаний зеркала 2) смещались полосы. Согласно видеофайлам записи положения полос у меня получилось 3,8 - 5,0 - 6,0 - 9,0 полос, что противоречит официальной теории, т.к. получается, что в 1-ом и 3-ем экспериментах при dX = 1,4*dY у нас смещение полос получается наоборот меньше в 1,3 и 1,5 раза, чем во 2-ом и 4-ом, где было dX = dY. И вот это я не могу объяснить даже разной шириной полос в этих экспериментах, которая была видимой 110,2 - 255,4 - 216,1 - 372,6 мкм, а с учетом того, что в видеофайлах изображение полос увеличено объективом кинокамеры в 20,6 раза, то истинная ширина полос, т.е. в момент падения на объектив, была 5,35 - 12,4 - 10,5 - 18,1 мкм, а расчетные значения ширины полос у меня получились 4,85 - 12,85 - 9,09 - 16,2 мкм, что при использование в расчетах приблизительных размеров установки, хорошо согласуется с наблюдаемыми значениями.

В общем, чем дальше в лес, тем больше дров. И тут я даже уже и не знаю какие эксперименты надо еще провести, чтобы получить результаты, которые бы подтвердили или официальную точку зрения на расчет начальных фаз двух лучей, падающих на экран не одновременно, или мою точку зрения. Наверное пора возвращаться на физический форум SciTecLibrary http://www.sciteclibrary.ru/cgi-bin/yab ... 11847794/0, где я уже начинал выяснение этого вопроса о начальных фазах двух лучей. Но в связи с новыми экспериментальными данными я считаю имеет смысл продолжить это обсуждение. А всем, кто принимал обсуждение в этой теме, и особенно mont-oriol большое спасибо. Кстати, если есть желающие, то могут присоединиться к обсуждениям на физическом форуме, а, если нет такого желания, но есть дельные предложения, то могут их высказать тут.

С наилучшими пожеланиями Сергей Юдин.

Вложения

form3_sin.jpg

(198.78 KiB) Скачиваний: 142

form4_sin.jpg

(225.13 KiB) Скачиваний: 145

Dinamik_13_03_23.jpg

(235.21 KiB) Скачиваний: 146